专利名称：一种高模量低收缩率低填充聚丙烯复合材料的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种高分子材料，更具体地，涉及一种高模量低收缩率低填充聚丙烯复合材料。
背景技术：
塑料作为一种新型人造材料，已广泛应用在国民经济各行各业和人民生活中。通常生产塑料制品的原料是采用纯树脂，如PE、PP、ABS等直接加工成型。随着高分子材料及复合材料工业化应用进程的加快，各工业部门不断提出更高的要求，如较高的拉伸强度、模量、导热系数、热畸变温度及较低的热膨胀性和成本等，纯树脂显得力不从心。在纯树脂中添加各类非金属和金属粉体填料，可以提升塑料树脂的各类性能，使其达到所需要的技术指标和高性价比。可用作塑料填料的材料有很多，常用的材料有CaCO3、改性蒙脱土、白炭黑、钛白粉、粉煤灰、高岭土、云母粉、硅灰石粉、石墨、赤泥、硅藻土、玻璃微珠、水镁石、重晶石、石棉等。填料添加在塑料中所起的作用主要包括以下3个方面
(I)降低成本。由于石油资源的紧缺，导致树脂和石化原料价格上涨，矿物粉体售价低于合成树脂10 15倍，适量填充可使塑料成本有所降低。例如，在聚氯乙烯和聚丙烯中加入大量的碳酸钙。·(2)补强作用。某些填料作为补强剂可提高塑料制品的硬度、弹性模量、尺寸稳定性和热稳定性等物理机械性能。例如，加入改性蒙脱土可提高低压聚乙烯的弯曲弹性模量。(3)功能作用。添加大多数填料后塑料产品具有原先不曾有的特殊功能，如光降解性能、渗透性、耐水性、耐候性、防火阻燃性、耐油性、电磁功能等。例如，添加石墨可增加塑料的导电性、耐磨性。但填料的多加也会带来不利的影响，比如材料的密度增加，冲击性能下降等。近年来，利用纳米材料填充聚丙烯，开发出具有特殊功能的复合材料，成为聚丙烯填充改性的新方向。纳米粒子是指尺寸介于1-100 nm的固体颗粒。一般认为，填充粒子的粒度越小，比表面积越大，与聚合物基体树脂的界面结合力越强，得到越高性能的复合材料。与传统的PP共混相比，纳米PP复合材料具有更好的刚性，并且保持了良好的低温冲击性。填充5%的纳米填料与填充25%的改性蒙脱土所得复合材料的刚性相当。而且PP纳米复合材料还具有好的尺寸稳定性、较低的热膨胀率。但是纳米材料有个致命弊
端----分散性，关于纳米填料和聚丙烯材料的复合一些报道，(Macromolecules, 2002, 35 (
6) : 2042 - 2049. Eur Polym J，2003，39 ( 6) : 945 — 950.高分子材料科学与工程，2007，23 ( 5) : 242 — 245.)他们过多的考虑通过不同的方法改性纳米填料母粒蒙脱土，t匕如，熔融插层，原位接枝插层等，使纳米材料很好的在有机高分子材料基体中分散和相容，从而提高材料的机械性能功能，但忽略了改性纳米填料母粒用聚丙烯的形状和流动性的影响，也没有很好的控制纳米填料的分散性，所以到目前为止，都没有很好的解决纳米填料的分散性问题。
发明内容
针对现有技术中的上述缺陷，本发明提供了一种高模量低收缩率低填充聚丙烯复合材料及其制备方法，该方法将纳米材料在聚丙烯材料中很好的分散和接触，纳米材料的优势得到很好的发挥，该聚丙烯复合材料不仅具有普通填料带来的硬度和模量高以及收缩率低等优点，而且克服了冲击强度下降、密度增加的缺点，得到一种高模量、低收缩的低填充聚丙烯复合材料，大大拓宽了聚丙烯材料的应用范围。。本发明提供一种高模量低收缩率低填充聚丙烯复合材料，其特征在于按重量分数计，包括68-97份聚丙烯，2-10份改性纳米填料母粒，O. 1-1. O份热稳定剂DSTP，0. 1-1. O份抗氧剂1010，O. 1-0. 5份抗氧剂168。制备所述改性纳米填料母粒，包括以下步骤
(1)在溶液中，将用十八烷基铵盐有机化的纳米填料与马来酸酐和少量辅助溶胀剂进行溶胀；
(2)溶胀后的有机纳米填料再与粉状的高流动性聚丙烯和适量引发剂在混炼机中进行熔融反应，使得纳米填料与接枝聚丙烯充分分散和接触，得到一种聚丙烯/纳米填料接枝插层共混物，即为改性纳米填料母粒。优选的，按重量分数计，其还包括0-25份增韧剂。
优选的，所述聚丙烯为不同流动性的均聚和共聚聚丙烯混合体。优选的，所述共聚聚丙烯的共聚单体为乙烯，所述乙烯含量在4-10%/mol的范围内，所述聚丙烯的熔体流动速率为5-50g/10min。优选的，所述增韧剂为POE或EPDM橡胶弹性体。优选的，所述改性填料用的聚丙烯为粉状的高流动性聚丙烯，其熔体流动速率为80g/10min。优选的，所述改性纳米填料母粒包括硅酸盐，而所述的硅酸盐具有层状结构。优选的，所述硅酸盐为蒙脱土、水辉石、海泡石、云母、滑石、绿土、高岭土、石墨、金属氧化物、金属二硫化物中的任一种。提供一种高模量低收缩率低填充聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤，
(1)改性纳米填料母粒在溶液中，将用长链有机胺有机化的纳米填料与马来酸酐和少量辅助溶胀剂进行溶胀；溶胀后的有机纳米填料再与粉状的高流动性聚丙烯和适量引发剂在混炼机中进行熔融反应，使得纳米填料与接枝聚丙烯充分分散和接触，得到一种聚丙烯/纳米填料接枝插层共混物；
(2)按重量配比称取原料；
(3)将聚丙烯、改性纳米填料母粒、增韧剂、热稳定剂DSTP、抗氧剂1010、抗氧剂168在高速混合器中干混3 - 5分钟；
(4)将混合的原料置于双螺杆机中经熔融挤出，造粒，其工艺为一区180 190°C，二区200 210°C，三区200 210°C，四区210 215°C，五区210 215，六区210 215，七区215 225，八区215 225，九区215 225，十区215 225 ;停留时间为1-2分钟，压力为 12 — 18MPa。本发明是一种高模量低收缩率低填充聚丙烯复合材料，该复合材料具有填充材料使用量小、模量高和收缩率低的优点，并且制备该聚丙烯复合材料的工艺简单、成本低。
具体实施例方式为了使本技术领域的人员更好地理解本发明，并使本发明的上述优点能够更加明显易懂，下面结合具体实施例对本发明作进一步详细的说明。本发明是通过在原位插层的基础上，改变改性纳米粉体填料是利用高流动性聚丙烯的形状和流动性的特点，通过两者的结合来系统的改性纳米粉体填料，使得纳米材料在高流动性聚丙烯材料中很好的分散和接触，纳米材料的优势得到很好的发挥，聚丙烯材料不仅具有普通填料带来的硬度和模量高以及收缩率低等优点，而且克服了冲击强度下降而密度增加的缺点，得到一种高模量、低收缩率、低填充聚丙烯复合材料。一种高模量低收缩率低填充聚丙烯复合材料，按重量分数计，包括68-97份聚丙烯，2-10份改性的填料母粒，O. 1-1. O份热稳定剂DSTP，0. 1-1. O份抗氧剂1010，O. 1-0. 5份抗氧剂168。制备改性纳米填料母粒的方法，包括以下步骤
(1)在溶液中，将用十八烷基铵盐有机化的纳米填料与马来酸酐和少量辅助溶胀剂进行溶胀；
(2)溶胀后的有机纳米填料再与粉状的高流动性聚丙烯和适量引发剂在混炼机中进行熔融反应，使得纳米填料与接枝聚丙烯充分分散和接触，得到一种聚丙烯/纳米填料接枝插层共混物，即为改性纳米填料母粒 。还包括0-25份增韧剂。聚丙烯为不同流动性的均聚和共聚聚丙烯混合体。共聚丙烯的共聚单体为乙烯，其含量在4-10%/mol的范围内，聚丙烯的熔体流动速率在 230 0C X 2. 16kg 的条件下，为 5-50g/10min。改性填料用的聚丙烯为粉状的高流动性聚丙烯，其熔体流动速率在2300C X 2. 16kg 的条件下为 80g/10min。改性的填料母粒包括硅酸盐，所述硅酸盐为层状结构。硅酸盐为蒙脱土、水辉石、海泡石、云母、滑石、绿土、高岭土、石墨、金属氧化物、金属二硫化物中的任一种。增韧剂为POE或EPDM等橡胶弹性体。一种高模量低收缩率低填充聚丙烯复合材料的制备方法，包括以下步骤
(1)改性纳米填料母粒在溶液中，将用十八烷基铵盐有机化的纳米填料与马来酸酐和少量辅助溶胀剂进行溶胀；溶胀后的有机纳米填料再与粉状的高流动性聚丙烯和适量引发剂在混炼机中进行熔融反应，使得纳米填料与接枝聚丙烯充分分散和接触，得到一种聚丙烯/纳米填料接枝插层共混物，即为改性纳米填料母粒；
(2)按重量配比称取原料；
(3)将聚丙烯、改性纳米填料母粒、增韧剂、热稳定剂DSTP、抗氧剂1010、抗氧剂168在高速混合器中干混3 - 5分钟；
(4)将混合的原料置于双螺杆机中经熔融挤出，造粒，其工艺为一区180 190°C，二区200 210°C，三区200 210°C，四区210 215°C，五区210 215，六区210 215，七区215 225，八区215 225，九区215 225，十区215 225 ;停留时间为1-2分钟，压力为 12 — 18MPa。本发明采用添加一种改性纳米填料母粒，利用它本身的优点及在聚丙烯材料中良好的分散性和相容性，一方面在少量填料的情况下仍具有很高的模量，一方面在少量填料的情况下，材料的尺寸稳定性好，收缩率低，从而制备出一种高模量、低收缩率、低填充聚丙烯复合材料。实施例1 :
首先，制备改性蒙脱土母粒，具体步骤为将用十八烷基铵盐有机化的蒙脱土在溶液中与马来酸酐和少量辅助溶胀剂进行溶胀；溶胀后的有机蒙脱土再与粉状的高流动性聚丙烯重量比为85:15、0. 5%引发剂在混炼机中进行熔融反应，使得蒙脱土与接枝聚丙烯充分分散和接触，得到一种聚丙烯/蒙脱土接枝插层共混物，即改性的纳米蒙脱土母粒。然后按下表组分配比进行备料
权利要求
1.一种高模量低收缩率低填充聚丙烯复合材料，其特征在于按重量分数计，包括 68-97份聚丙烯，2-10份改性纳米填料母粒，O. 1-1. O份热稳定剂DSTP，0. 1-1. O份抗氧剂 1010，O. 1-0. 5 份抗氧剂 168。
2.根据权利要求1所述的一种高模量低收缩率低填充聚丙烯复合材料，其特征在于 制备所述改性纳米填料母粒的方法，包括以下步骤(1)在溶液中，将用十八烷基铵盐有机化的纳米填料与马来酸酐和少量辅助溶胀剂进行溶胀；(2)溶胀后的有机纳米填料再与粉状的高流动性聚丙烯和适量引发剂在混炼机中进行熔融反应，使得纳米填料与接枝聚丙烯充分分散和接触，得到一种聚丙烯/纳米填料接枝插层共混物，即为改性纳米填料母粒。
3.根据权利要求1所述的一种高模量低收缩率低填充聚丙烯复合材料，其特征在于 按重量分数计，其还包括0-25份增韧剂。
4.根据权利要求1所述的一种高模量低收缩率低填充聚丙烯复合材料，其特征在于 所述聚丙烯为不同流动性的均聚和共聚聚丙烯混合体。
5.根据权利要求4所述的一种高模量低收缩率低填充聚丙烯复合材料，其特征在于 所述共聚聚丙烯的共聚单体为乙烯，所述乙烯含量在4-10%/mol的范围内，所述聚丙烯的熔体流动速率为5-50g/10min。
6.根据权利要求1所述的一种高模量低收缩率低填充聚丙烯复合材料，其特征在于 所述增韧剂为POE或EPDM橡胶弹性体。
7.根据权利要求2所述的一种高模量低收缩率低填充聚丙烯复合材料，，其特征在于 所述改性填料用的聚丙烯为粉状的高流动性聚丙烯，其熔体流动速率为80g/10min。
8.根据权利要求2所述的一种高模量低收缩率低填充聚丙烯复合材料，其特征在于 所述改性纳米填料母粒包括硅酸盐，而所述的硅酸盐具有层状结构。
9.根据权利要求8所述的一种高模量低收缩率低填充聚丙烯复合材料，，其特征在于 所述硅酸盐为蒙脱土、水辉石、海泡石、云母、滑石、绿土、高岭土、石墨、金属氧化物、金属二硫化物中的任一种。
10.一种高模量低收缩率低填充聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤，(1)改性纳米填料母粒在溶液中，将用长链有机胺有机化的纳米填料与马来酸酐和少量辅助溶胀剂进行溶胀；溶胀后的有机纳米填料再与粉状的高流动性聚丙烯和适量引发剂在混炼机中进行熔融反应，使得纳米填料与接枝聚丙烯充分分散和接触，得到一种聚丙烯/ 纳米填料接枝插层共混物；(2)按重量配比称取原料；(3)将聚丙烯、改性纳米填料母粒、增韧剂、热稳定剂DSTP、抗氧剂1010、抗氧剂168在高速混合器中干混3 - 5分钟；(4)将混合的原料置于双螺杆机中经熔融挤出，造粒，其工艺为一区180 190°C，二区200 210°C，三区200 210°C，四区210 215°C，五区210 215，六区210 215，七区215 225，八区215 225，九区215 225，十区215 225 ;停留时间为1-2分钟，压力为 12 — 18MPa。
全文摘要
一种高模量低收缩率低填充聚丙烯复合材料，按重量分数计，包括68-97份聚丙烯，2-10份改性的填料母粒，0.1-1.0份热稳定剂DSTP，0.1-1.0份抗氧剂1010，0.1-0.5份抗氧剂168；一种高模量低收缩率低填充聚丙烯复合材料的制备方法，包括以下步骤(1)改性纳米填料母粒的制备(2)按重量配比称取原料(3)将聚丙烯、改性纳米填料母粒、增韧剂、热稳定剂DSTP、抗氧剂1010、抗氧剂168在高速混合器中干混3－5分钟(4)将混合的原料置于双螺杆机中经熔融挤出，造粒。该复合材料具有填充材料使用量小、模量高和收缩率低的优点，并且制备该聚丙烯复合材料的工艺简单、成本低。
文档编号C08L51/06GK103044781SQ201310024590
公开日2013年4月17日 申请日期2013年1月23日 优先权日2013年1月23日
发明者翁永华, 汪理文, 丁贤麟 申请人:苏州润佳工程塑料股份有限公司